Chimie · 2ème Tec.InfoThème 1 : La matière · Chapitre 5

Le tableau de classification périodique

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• expliquer comment les éléments sont rangés dans le tableau : par numéro atomique croissant, en périodes et en groupes ;
• relier la place d'un élément à la structure électronique de son atome ;
• exploiter le tableau pour dégager les familles des alcalins, des halogènes et des gaz rares, à partir de leurs propriétés chimiques.
Prérequis : numéro atomique, structure électronique d'un atome, couche externe.

Situation de départ

Dans un calendrier, les jours sont rangés selon deux critères : la date, qui augmente, et le nom du jour, qui revient dans la même colonne chaque semaine. On connaît aujourd'hui 118 éléments chimiques, naturels ou artificiels.
Selon quels critères les ranger pour simplifier l'étude de leurs propriétés ?

I. Les critères de classification

1. Le critère d'ordre

Dans le tableau de classification périodique, les éléments sont rangés par numéro atomique Z croissant. Ils sont répartis en lignes horizontales, les périodes, et en colonnes, les groupes. Pour les 18 premiers éléments, on utilise un tableau simplifié de 3 périodes et 8 groupes.

Animation

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-CAC750EBLES 18 PREMIERS ÉLÉMENTSIIIIIIIVVVIVIIVIII1231H2He3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne11Na12Mg13Al14Si15P16S17Cl18Aralcalinsalcalino-terreuxhalogènesgaz raresles nombres 1, 2, 3 à gauche sont les numéros des périodes© Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 1 — Le tableau simplifié des 18 premiers éléments ; les couleurs indiquent les familles.

2. Constitution des périodes

Dans une même période, c'est la même couche externe qui se remplit progressivement d'électrons. Le numéro de la période est égal au nombre de couches occupées :
• H et He (couche K) forment la 1re période, qui ne compte que 2 éléments, car K est saturée à 2 électrons ;
• de Li à Ne, la couche L se remplit : la 2e période compte 8 éléments, car L est saturée à 8 ;
• de Na à Ar, c'est la couche M qui se remplit : 3e période.

3. Constitution des groupes

Les éléments dont les atomes ont le même nombre d'électrons externes appartiennent au même groupe ; le numéro du groupe est égal à ce nombre. Par exemple, H (K)1, Li (K)2(L)1 et Na (K)2(L)8(M)1 sont dans le groupe I ; F (K)2(L)7 et Cl (K)2(L)8(M)7 dans le groupe VII. L'hélium, dont la couche externe est saturée à 2 électrons, est placé dans le groupe VIII.

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-CAC750EBMÊME GROUPE, MÊME COUCHE EXTERNEKLfluor F(K)2 (L)7 KLMchlore Cl(K)2 (L)8 (M)7 © Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 2 — Le fluor et le chlore ont tous deux 7 électrons externes : ils sont dans le groupe VII.

À retenir

Dans le tableau, les éléments sont classés par numéro atomique croissant ; le numéro de la période est le nombre de couches occupées, et tous les éléments d'un même groupe ont le même nombre d'électrons sur la couche externe.

II. Notion de famille

Les éléments d'une même colonne ont la même structure électronique externe. Cette ressemblance a-t-elle des conséquences sur leurs propriétés chimiques ? Étudions trois colonnes.

1. La famille des alcalins

Les éléments du groupe I (Li, Na, K...) ont un seul électron externe. Sauf l'hydrogène, leurs corps simples sont des métaux : éclat métallique, très bonne conductibilité électrique et thermique ; ils sont si mous qu'on les coupe au couteau, et le lithium, le sodium et le potassium sont même moins denses que l'eau.
• Avec l'eau, ils réagissent violemment (expérience réservée au professeur, sous la hotte, loin de toute flamme) : il se forme du dihydrogène et un hydroxyde ; avec le sodium, on obtient la soude :

2 Na + 2 H2O H2 + 2 Na+ + 2 OH-
• Avec l'air, une surface fraîchement coupée, brillante, se ternit rapidement :
4 Na + O2 2 Na2O
C'est pourquoi on les conserve dans du pétrole ou de l'huile de vaseline.

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